杭州臨江垃圾焚燒項目設計亮點探討

王德鋒

(1.浙江省環保集團有限公司，杭州 310000；2.中國聯合工程有限公司，杭州 310052；3.杭州臨江環境能源有限公司，杭州 310005)

0 引 言

杭州臨江環境能源工程位于杭州錢塘新區，主要承擔杭州市主城區的生活垃圾無害化處理，設計日處理生活垃圾5 200 t，建設6臺870 t/日機械爐排爐，采用中溫次高壓蒸汽參數，配置3臺額定出力為45 MW的凝汽式汽輪機及3臺50 MW發電機。煙氣凈化采用“SNCR(選擇性非催化還原脫硝)+旋轉噴霧半干法+干法脫酸+活性炭噴射吸附+袋式除塵器+1#GGH+濕法脫酸+SGH+SCR(選擇性催化還原脫硝)+2#GGH(煙氣脫白)”的先進工藝路線，為浙江省重點建設項目，屬于亞運保障工程，計劃2020年底建成投產。

1 項目規模特點

本項目具有較大的垃圾處理規模和建筑體量，生活垃圾日處理量超過5 200 t，是目前全亞洲一次性建設，規模第二的生活垃圾焚燒發電項目，廠區占地面積354畝，其中建筑物占地103畝，總建筑面積超過13萬平方米。

全廠由6條先進的生活垃圾焚燒處理線組成，6條焚燒線、3套汽輪發電機組共同布置于綜合主廠房內，主廠房占地面積超過5.3萬平方米(約80畝)，建筑面積地上部分9.9萬平方米，地下部分1 600平方米。6條焚燒線分2個焚燒車間南北對稱布置，汽機間和集控樓位于南北車間之間，主廠房南北跨度達250米，從卸料平臺至煙氣凈化間尾部，廠房長度超過220米，建筑體量宏偉，共可容納百人同時參觀。

2 項目設計亮點

2.1 去工業化考慮

本項目打破傳統電廠的設計思維，在去工業化方面作了充分考量，為了消除焚燒廠房作為工業建筑本身的冰冷感，建筑方案塑造過程中充分體現“以人為本”的設計原則，將建筑與當地的自然生態環境、人文環境相融合，通過將綢帶輕盈飄逸的意向抽象，融入到建筑的神韻中，同時將呈現杭州深厚文化底蘊的舞韻，連同千年錢江潮水的舞動滲透到建筑之美中去，營造“綢帶當空，舞動錢江”的設計理念。同時結合“一軸一帶五區十景”的景觀綠化，協調全廠的建筑效果，使其成為有機協調的整體。

2.2 海綿城市設計

廠前區、清潔生產區完全按海綿城市要求設計，通過下凹式綠地、透水性地面、調蓄景觀水池，充分發揮建筑、道路、綠地、水系等生態系統對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實現自然積存、自然滲透、自然凈化的園區發展方式。

2.3 環保教育功能考慮

本工程兼具科教、示范功能，在平面設計上，參觀流線設計占有極重要的地位。整個參觀流線圍繞中庭空間展開，通過串聯工藝設備展示，室內展陳，多媒體互動，中庭花園等多個建筑空間，增加參觀的趣味性，體驗能源利用的原理，提高公眾意識。

2.4 采用三維設計技術手段

項目全部設計工作采用三維技術，土建部分應用Revit、PKPM、3D3S等軟件進行建模計算，并完成建筑結構、給排水、暖通、煙風道及電儀的模型設計；工藝部分采用PDMS、CAESAR進行建模計算，完成全廠汽水管道的模型設計，同時通過Naviswork進行綜合管理，將鋼結構、建筑、結構、工藝設備等模型導入，完成各專業間碰撞檢查，進行空間管理，依據三維設計模型，提取工程量統計報告，出具各專業施工圖和軸測圖。本項目三維設計很好地為現場施工創造了條件，為場地布置、現場策劃、技術交底、成本管控、材料管控、進度管控、協同管理、吊裝模擬、現場預制加工等方面提供了有力保障。

3 工藝技術優勢

3.1 完善的焚燒爐設計

本項目垃圾焚燒爐的設計，充分考慮了燃燒負荷變化范圍、爐膛溫度、煙氣區域停留時間、爐膛結焦與腐蝕、焚燒爐測點的布置，相關規范要求以及焚燒爐連續穩定運行等諸多因素，焚燒爐爐膛設計先進、可靠，且爐排面積大，機械負荷小，焚燒爐超負荷能力強。

焚燒爐的設計還考慮了沼氣回噴和滲濾液濃縮液回噴，滲濾液產生的沼氣經管道送至焚燒爐，通過專用的沼氣燃燒器燃燒。不僅能夠處理廢氣，還可以有效利用熱能。

3.2 先進的核心設備配置

本項目采用機械式爐排爐，爐排片采用高鉻耐熱鑄鋼，具有耐磨損和耐腐蝕性，能承受很高的機械強度，整體壽命達10年以上，更換率低，更換檢修便捷，運行維護方便。其中單條焚燒線處額定垃圾處理規模達到870 t/d，單爐處理規模在國內項目中居于前列。該爐排結構為往復式，由活動爐排行和固定爐排行交錯布置構成，爐排元件緊密結合，在減少漏渣的基礎上，滿足一次風的穿透率，布風均勻，燃燒無死角；并且采用三段式，分別為干燥爐排、燃燒爐排和燃燼爐排，可以使各段爐排的運動速度可以根據焚燒爐內燃燒狀況單獨調節，保證垃圾的完全燃燒；本項目爐排為大裕量面積爐排，不僅提高了爐排機械超負荷能力，實現連續、穩定燃燒，同時通過合理的配風以及一次風風溫控制，采用中溫次高壓蒸汽參數等手段提高焚燒系統熱效率。通過這項先進的工藝技術，可更為有效的保護環境，更好地實現垃圾處理的“減量化、資源化、無害化”。

3.3 最先進的燃燒成像系統

采用現行國際上先進的燃燒成像系統(COSMOS系統)，可以實現焚燒爐內實時監視、精準測量爐膛內火焰分布情況。

燃燒成像系統(COSMOS系統)和自動燃燒控制系統(ACC)聯動，控制垃圾料層厚度、一次風溫度、主蒸汽流量、燃燒位置、熱灼減率最小化、煙氣中的氧氣濃度、爐內煙氣溫度等來實現焚燒爐的連續穩定運行，系統自動化程度高，可靠性強且投運率近100%。

3.4 領先的煙氣治理措施

為致力于打造“國內領先、世界一流”的生活垃圾焚燒處理廠，本項目煙氣凈化采用目前國際上最先進的“SNCR+旋轉噴霧半干法+干法噴射+活性炭噴射吸附+袋式除塵+1#GGH+濕法洗滌+SGH+SCR+2#GGH”的組合工藝，該工藝采用多級串聯脫酸，脫酸效率高、脫酸負荷可調性大，同時采用“SNCR+SCR”聯合脫硝，有效降低NOx濃度。換熱裝置選用兩級煙氣-煙氣換熱器串聯加熱，減少SGH蒸汽耗量，在確保煙氣排放達標的同時，降低能耗。不同于SCR前置于濕法的工藝，本工藝方案將SCR置于濕法脫酸之后，可保證SCR入口的SO2濃度極低，有效延長SCR催化劑的壽命，從而減少投資成本。經過嚴苛的煙氣凈化工序處理后的煙氣，酸性氣體、氮氧化物、煙塵、二噁英等民眾關心的污染物排放均可控制在極低的排放水平。

3.5 煙氣再循環系統設計

為降低鍋爐出口煙氣中NOx濃度，本項目從袋式除塵器出口引一路煙氣，經循環風機回流至焚燒爐前后拱，從循環煙氣噴嘴注入，回流煙氣量通過循環風機變頻及可調風門進行調節。采用煙氣再循環系統后，有效的降低焚燒爐內的氧濃度，創造有利于低氮燃燒的還原性氣氛，能夠在燃燒過程中有效抑制NOx的生成，同時加速爐內煙氣的攪拌，使燃燒穩定，減少了必要的二次風量。

在垃圾充分燃燒的前提下，通過調節一、二次風供應量、采用煙氣再循環等技術來降低燃燒時的空燃比，減少煙氣量，降低排煙熱損失，從而實現低空燃比(低過量空氣系數)燃燒。低空燃比技術可以控制過量空氣系數范圍為1.2～1.3，余熱鍋爐出口煙氣含氧含量為3%～5%。通過降低過量空氣系數，可減少煙氣排放量，從而減少了排煙熱損失提高鍋爐效率。

采用煙氣再循環技術來實現低空燃比燃燒技術，也可以降低燃燒區煙氣中的氧濃度，從而達到降低NOx的目的，可以有效降低脫硝系統原材料的消耗。且煙氣的排放量減少，引風機電耗減少，有利于廠用電率的降低，該系統煙氣回流比例為15%，回流煙氣溫度為150 ℃。

3.6 消霧冷卻塔設計

消霧冷卻塔是在常規機械通風冷卻塔的基礎上，增加了干式部分，用于將部分進塔的冷空氣加熱并與濕式部分的濕熱空氣混合以降低出塔空氣相對濕度，從而達到消霧的目的，也能與當地周圍環境能夠很好的融合，徹底消除周圍居民對白霧的誤解，提高廠區整體環境；另一方面，可以對冷卻塔出口的水汽進行回收利用，降低系統補水量，節約水資源。在處理垃圾的同時更好的實現了“綠水青山就是金山銀山”的理念。

本項目冷卻塔的下半部分即濕式部分為常規冷卻塔，配備了填料，布水系統，收水器等常規設備，由進風口進入塔內的冷空氣和熱水直接接觸，通過蒸發和對流的方式進行熱交換，將熱水中的熱量傳遞到空氣中并由風機將濕熱空氣排入大氣，從而降低循環水水溫。

冷卻塔上半部為干式部分，進風口設置了高效翅片管換熱器，由軸流風機吸入塔內的空氣分為兩部分進入塔內：一部分由濕式部分的進風口經由填料層，布水層和收水器層，到達混合區，此部分空氣為飽和或接近飽和的濕熱空氣；另一部分經由換熱管束從干式部分的進風口進入塔內混合區，此部分空氣被流經管束的熱水絕濕加熱，溫度升高，相對濕度降低，為干熱空氣。這兩路空氣在混合區內通過混合器的均勻混合，使得整體的濕度降低，從而保障最終的消霧效果。

3.7 煙囪脫白設計

“有色煙羽”現象在國內發電行業非常普遍，煙囪出口煙霧繚繞，影像視覺，造成露點腐蝕，容易引起周邊群眾誤解，引起不必要的關注，亦有可能提供氮氧化物、二氧化硫與水分子的光化學反應環境，形成霧霾，進而影響空氣質量。雖然現時政府部門未對“脫白”工作的推進作硬性要求，但本項目未雨綢繆，設計之初結合現場工藝布置就考慮了“脫白”工藝，通過聯合濕法洗滌系統降低凈煙氣溫度至飽和溫度以下，并對引風機入口煙氣進行加熱，從而實現煙囪出口白色“煙羽”的有效控制。調整相關運行參數確保煙囪出口無“白霧”現象，做到與當地周圍環境能夠很好的融合，徹底消除周圍居民對白霧的誤解，提高廠區整體環境。

3.8 可靠保障設計

電氣主接線系統中，杭州臨江環境能源項目兩條110 kV進線間設置了高壓母聯開關，母線運行方式更靈活，且在一條外線故障時能保障廠內電源與外部電力系統的連續聯絡，保障了廠用電的安全及廠內發電出力的外送，不會因為一條110 kV外線的跳閘或停用造成廠內大量減產或緊急停機。此外，該項目還增設了一臺完全獨立的廠用備用變壓器，作為電廠機組起動和備用電源，由110 kV配電裝置母線引接。進一步提高了廠用電可靠性，能保障廠內設備安全運行。過電壓保護設計方面，主廠房和循環及綜合水泵房按二類防雷建筑物設置防直擊雷過電壓裝置，在110 kV配電裝置進出線側均裝設避雷器以防止雷電侵入波的危害，在主變壓器高壓側中性點裝設氧化鋅避雷器、發電機的出口裝設氧化鋅避雷器、10 kV母線上裝設氧化鋅避雷器、高壓斷路器柜內裝設限制操作過電壓的避雷器、低壓母線和關鍵設備(如直流裝置、UPS、監控系統電源)進線處加裝防浪涌保護器。上述設計能夠有效保障設備的使用壽命和系統的正常運行。

4 與同類項目對比

4.1 技術對比

國內某大型項目前期已建有一座3 000 t/d生活垃圾焚燒廠(一期工程)，在此基礎上擴建了二期6 000 t/d項目，設8臺750 t/d機械往復式爐排爐，配套8臺93 t/h余熱鍋爐及相應煙氣凈化系統，配備3套50 MW汽輪發電機組，預計年處理生活垃圾量200萬t，年發電量10億kW·h。對比臨江項目與該國內大型項目之間的異同，對行業后續類似工程建設有著重大意義。

主要指標列表對比表

4.2 主要差異

由于使用了更大容量的焚燒爐，杭州環境能源項目實現使用更少數量的焚燒爐-余熱鍋爐單元數(6臺)以達到更大的垃圾處理量及年發電量，并減少全廠建設造價及后期運行、維護及檢修等管理成本。

杭州環境能源項目尾部煙氣凈化工藝為爐內SNCR脫硝+半干法脫酸+干法噴射+活性炭噴射吸附+袋式除塵+濕法脫酸+SCR脫硝，比類比項目增加了半干法脫酸，使煙氣排放污染物濃度更低(特別是SO2)。另外，杭州環境能源項目在SCR前后增設的#2GGH，通過回收熱量使尾部煙氣排放溫度達到130 ℃以下，提升了煙氣余熱利用效率；相應類比項目由于未設置該GGH使排煙溫度接近170 ℃，增加了能量浪費。

兩個項目均采用兩組廠房中間夾控制樓的“π”形主廠房布置模式，但類比項目將汽輪機布置在一側廠房的末端，使主蒸汽管道過長，部分鍋爐主蒸汽管道壓降大，產生不必要的管道浪費和效率損失。杭州環境能源項目將汽輪發電機組(汽機房)布置在“π”形廠房的空檔處，大大減少了全廠合金鋼管道長度，節約了投資、提高了效率。

5 結束語

通過對杭州臨江垃圾焚燒項目設計的分析，介紹了本工程的設計亮點和工藝技術特點，繼而為類似的焚燒發電項目設計提供參考和借鑒，也希望通過采用先進和多元化的設計理念，推進生活垃圾焚燒發電技術的發展。